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摘 要

由于具有优良的成膜性能，以及具有很好的化学稳定性、耐腐蚀性、耐热性等特性，聚偏氯乙烯（PVDF）被广泛的应用为膜材料。但是PVDF膜在超滤、微滤、反渗透等应用过程中，常常会产生膜污染，导致膜孔堵塞，极大的影响了PVDF膜的经济性，因此，制备出高性能、抗污染的PVDF膜成为一个广泛关注的话题。

本实验制备压电PVDF膜采用的方法是对膜进行极化，即在一定的温度下，将PVDF膜置于强直流电场中，坚持一定时间，以便获得压电性，并且探讨了极化电场强度、极化温度和时间对PVDF膜微结构的影响，通过电镜图、红外光谱图、XRD的X射线衍射图等方法对极化后的膜进行表征，确定得出PVDF膜极化的最佳工艺条件，并且对极化成功的PVDF压电膜进行共振频率的检测，得出较好共振幅度所处的电压。

关键词: 聚偏氟乙烯 极化 压电 表征

Study on Polarization of PVDF Membrane

Abstract

Due to its excellent film-forming properties, as well as its excellent chemical stability, corrosion resistance, and heat resistance, polyvinylidene fluoride (PVDF) is widely used as a membrane material. However, in the process of ultrafiltration, microfiltration, and reverse osmosis, PVDF membranes often produce membrane fouling, resulting in blockage of membrane pores, which greatly affects the economical efficiency of PVDF membranes. Therefore, PVDF membranes have been prepared with high performance and anti-pollution PVDF. Membrane has become a topic of widespread concern.

The method used to prepare the piezoelectric PVDF film in this experiment is to polarize the film, that is, to place the PVDF film in a strong DC electric field at a certain temperature for a certain period of time in order to obtain piezoelectricity, and to discuss the polarization electric field. The influence of intensity, polarization temperature and time on the microstructure of PVDF film was characterized by electron microscopy, infrared spectroscopy, and XRD X-ray diffraction patterns, and the polarization of the film was characterized to determine the best polarization of the PVDF film. Process conditions. Also, the resonance frequency of PVDF piezoelectric films successfully polarized is detected, and the voltage at which the better resonance amplitude is obtained is obtained.

Key Words: Polyvinylidene fluoride; Polarization; Piezoelectric; characterization

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 PVDF的性质及应用 3

1.3 制备α相PVDF膜的条件 4

1.4 制备压电PVDF膜的方法 4

1.5 课题研究目的与内容 6

1.5.1 研究目的 6

1.5.2 研究内容 6

第二章 实验内容 7

2.1 实验药品和仪器 7

2.2 实验步骤 7

2.2.1 膜溶液的配置与制备 7

2.2.2 PVDF膜的极化过程 7

2.2.3 β相PVDF膜的水下压电测试 8

2.2.4 PVDF压电膜的应用试验 8

2.2.5 红外光谱表征 9

2.2.6 原子力显微镜 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1 不同有机溶液制备PVDF膜的性能参数 10

3.2 不同质量醋酸异丁酯制备PVDF膜的性能参数 10

3.3 α相和β相的电镜表征 10

3.4 红外光谱仪表征 11

3.5 X-射线衍射仪表征 12

3.6 不同极化电压的极化分析 13

3.7 PVDF压电膜的压电测试 14

3.8 压电PVDF膜的通量测试 16

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致谢 22

第一章 文献综述

1.1 引言

近些年来，环境和能源问题逐渐出现在人们的视线中，导致其备受社会关注，膜分离作为上世纪迅速崛起的一种新型的分离、纯化和精致的技术，以其低能耗、高效率、操作简单和对环境友好等独特的优点，在保护环境、水资源短缺和节约能源等方面展现出独特的魅力^[1]。膜分离技术在20世纪80年代得到了广泛应用，在食品加工、海水淡化、纯水、工业废水、生物医药、半导体工业用水、环保工业、农产品深加工等领域得到了很大程度的开发和应用，目前主要使用的膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰胺类、纤维素类、聚砜（PS）等高分子材料^[2-3]。

其中聚偏氯乙烯的耐腐蚀性、机械强度高、耐热性以及便于加工等良好的特性，使它广泛的成为了一种应用于反渗透技术、微滤（MF）、纳滤和膜生物反应器等膜分离过程中性能良好的膜材料^[4]。但是这些应用在操作的过程中，经常会产生无法避免的膜污染，从而导致了PVDF膜的渗透性能、膜通量大大降低，严重影响了其利用性，更多的是经济性，因此在PVDF膜应用过程中受到社会关注的核心问题是膜污染的抑制。目前主要用机械冲洗、高压反冲洗以及化学冲洗等冲洗方法来使膜污染减轻以及恢复膜通量，其中机械冲洗和高压反冲洗这两种方法在去除膜面的滤饼层方面非常有效，在降低膜污染方面起到了一定程度的作用，但是在解决膜污染造成的膜孔堵塞形成的不可逆性方面仍然有限；而化学清洗方法则要求膜材料的耐化学腐蚀性要搞，过度的使用化学清洗会导致分离膜的使用寿命降低^[5-7]。

近些年来，为了解决膜污染带来的膜寿命降低、渗透功能下降和膜通量减少等问题，相应学术、技术团队为此进行了大量的研究，流体动力学研究发现，提高膜面流速，使水流速在分离膜表面形成湍流，或者通过对膜组件施加一定的压力，使膜组件振动起来，从而极大程度上使膜分离过程中产生的膜污染降低^[8]。同时也发现β相PVDF膜晶体具有压电性，通过强直流电场在膜的两端进行施加一定时间之后，PVDF膜就会在高电压的作用下发生伸缩或者萎缩；如果用交变电场来代替直流电场，会发现膜的本身变为振动源，之后膜会产生高频率的振动^[9]。研究发现，这种高频率的振动能使膜分离应用中膜污染降低，膜通量能够稳定提高170%-230%之间^[10]。结合PVDF膜的原位高频率振动和流体动力学协同作用，使膜分离过程中的质量传递得到强化，从而能够限制膜污染，使膜的利用率得到提高，因此构筑具有压电性能的PVDF膜极为关键。

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